编写一个简单的TCP服务端和客户端

admin

实验环境是linux系统，效果如下：

1.启动服务端程序，监听在6666端口上

2.启动客户端，与服务端建立TCP连接

3.建立完TCP连接，在客户端上向服务端发送消息

4.断开连接

实现的功能很简单，但是对于初来乍到的我费了不少劲，因此在此总结一下，如有错点请各位大神指点指点

$ ~% j' d3 n' S: l- ~1 `# L: s

什么是SOCKET（插口）：

     这里不用 "套接字" 而是用 "插口" 是因为在《TCP/IP协议卷二》中，翻译时也是用 "插口" 来表示socket的。
, I' O+ T6 ^+ }! i  p0 E1 l

     "套接字" 这词不知道又是哪个教授级人物造出来的，听起来总是很怪，虽然可以避免语义上的歧义，但不明显。

      对插口通俗的理解就是：它是一个可以用来输入或者输出的网络端，另一端也具有同样相对应的操作。

      具体其他高级的定义不是这里的重点。值得说的是：

      每个插口都可以标识某个程序通信的一端，通过系统调用使得程序与网络设备之间的交流连接起来。

      应用程序 -> 系统调用 -> 插口层 -> 协议层 -> 接口层  ->发送（接收的话与之相反）
, B: i/ S8 i$ _( N. O4 a

  R* w5 t. f6 r# N
9 I: R2 {0 y  r9 D' r: @& I% D

如何标识一个SOCKET：

       如上定义所述，可以通过地址，协议，端口三要素来确定一个通信端，而在linux C程序中使用 标识符 来标识一个

       SOCKET，Unix系统对设备的读写操作等同于对描述符的读写操作，标识符可以用于：插口 管道 目录 设备 文件等等
  y+ ~6 A$ I: _' X% g6 b) v2 B

       描述符是个正整数，事实上他是检查表表项中的一个下标，用于指向打开文件表的结构。

       述符前三个标识符0  1  2 分别系统保留：标准输入（键盘），标准输出（屏幕），标准错误输出

       当我们使用新的描述符来创建socket时，他一般从最小未使用的数字开始分配，也就是3

9 v: r) I; U! D4 ~2 w
- m  M# K% p1 N

服务端实现的流程：

       1.服务端开启一个SOCKET（socket函数）

       2.使用SOCKET绑定一个端口号（bind函数）

       3.在这个端口号上开启监听功能（listen函数）

       4.当有对端发送连接请求，向其发送ack+syn建立连接（accept函数）

       5.接收或者回复消息（read函数 write函数）

* [- r' }. c& q- `5 e0 H3 Z

客户端实现流程：

      1.打开一个SOCKET

      2.向指定的IP 和端口号发起连接（connect函数）

      3.接收或者发送消息（send函数  recv函数）

1 t3 T% O( A, i2 r  g6 R  \  e

如何并发处理：

      如果按照以上流程实现其实并不难，但是有个缺陷，因为C语言是按顺序单一流程运行，也就是说如果

      直接在程序当中使用accept函数（建立连接）的话，那么程序会阻塞在accept这里，这是因为如果客户端

      一直没有发送connect连接，那么accept就无法得知客户端的IP和端口，也就只能一直等待（阻塞）直到

      有请求触发继续执行为止，这样就导致如果同时多个客户向服务端发送请求连接，那么服务端只能按照

      单一线程去处理第一个客户端，无法开启多个线程同时处理多个用户的请求。

如何解决：

下面摘文截取网上的资料，有兴趣者可以看看

系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型，该函数用于在非阻塞中，当一个套接字或一组套接字有信号时通知你

1. int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, exceptfds, const struct timeval* timeout);

复制代码

所在的头文件为：

1. #include <sys/time.h>
   
2. 
   
3. #include <unistd.h>

复制代码

  功能：测试指定的fd是否可读，可写 或者 是否有异常条件待处理

    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

    exceptset用来检查是否有异常条件出现的文件描述字。(注：不包括错误)

    timeout  用于描述一段时间长度，如果在这个时间内，需要监视的描述符没有事件发生则函数返回，返回值为0。
, K0 l. d. d7 M2 t/ o1 F
" O+ C2 W8 C# M) m  T2 r1 P! e    对于select函数的功能简单的说就是对文件fd做一个测试。测试结果有三种可能：
) J7 K" n, A7 v! V0 C* k3 C) b

1. 1.timeout=NULL                 （阻塞：select将一直被阻塞，直到某个文件描述符上发生了事件）
   
2. 
   2 f2 _/ c/ L3 b, D' Y
3.     2.timeout所指向的结构设为非零时间  （等待固定时间：如果在指定的时间段里有事件发生或者时间耗尽，函数均返回）
   9 Z" }5 o2 s8 h, H
4. 
   0 s5 Z9 ?9 x- X  @! Y& }* i
5.     3.timeout所指向的结构，时间设为0   （非阻塞：仅检测描述符集合的状态，然后立即返回，并不等待外部事件的发生）

复制代码

   返回值：

    返回对应位仍然为1的fd的总数。注意啦：只有那些可读，可写以及有异常条件待处理的fd位仍然为1。

    否则为0哦。举个例子，比如recv(), 在没有数据到来调用它的时候,你的线程将被阻塞,如果数据一直不来,

   你的线程就要阻塞很久.这样显然不好。所以采用select来查看套节字是否可读(也就是是否有数据读了) 。

   现在,UNIX系统通常会在头文件<sys/select.h>中定义常量FD_SETSIZE，它是数据类型fd_set的描述字数量，

   其值通常是1024，这样就能表示<1024的fd。

# S2 q! X! o! U+ L, z   
1 _9 s/ z0 N- c3 p) U

fd_set结构体：

     文件描述符集合，用于存放多个fd（文件描述符，这里就是套接字）

       可以存放服务端的fd，有客户端的fd。下面是对这个文件描述符集合的操作：

1. FD_ZERO(*fds)：     将fds设为空集
   
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   2 T( r! `( O% x
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
   
7. FD_ISSET(fd,*fds)： 判断fd是否属于fds的集合

复制代码

步骤如下

1. socket s;
   8 T: S6 z) C+ T. \) v. ?3 S
2. .....
   2 H% v9 s# T$ d2 t; e
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   
6. FD_SET(s, &set);                 //加入你感兴趣的套节字到集合,这里是一个读数据的套节字s
   , I3 e5 r' a" C. @% x0 |
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   & i) F1 ]! C: U' l4 q2 m
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   " i2 ~6 p' Q5 {
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    
12. }
    2 `* k3 E" M! W' |5 q& ~' W9 v
13. //do something here
    ' V4 d3 R6 y" u0 F9 F
14. }

复制代码

假设fd_set长度为1字节，fd_set中的每一位可以对应一个文件描述符，那么1字节最大可以对应8个fd

1. (1）执行fd_set set; FD_ZERO(&set);  则set用位为0000,0000。
   
2. 
   4 n0 w" N2 M3 [- ?# y
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   
4. 
   3 R, D" q2 l8 e9 ?* R( o$ x
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   ( B7 n! f+ |( ^# L* K" u, Q& Q
6. 
   . Z9 ?& D( _0 z* N9 u
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   , b2 I7 }6 T/ k3 b; S" ^
8. 
   0 b* T, j" J( m" m; M+ A( b0 C
9.    （5）若fd=1,fd=2                    上都发生可读事件，则select返回，此时set变为0000,0011。注意：没有事件发生的fd=5被清空。

复制代码

1.可监控描述符的个数取决与sizeof(fd_set)的值

2.文件描述符的上限可以修改

3.将fd加入select监控集时，还需要一个array数组保存所有值

   因为每次select扫描之后，有信号的fd在集合中应被保留，但select将集合清空

   因此array数组可以将活跃的fd存放起来，方便下次加入fd集合中

   对集合fe_set与array进行遍历存储，即所有fd都重新加入fd_set集合中

   另外活跃状态在array中的值是1，非活跃状态的值是0

4.具体过程看代码会好理解

( x( {% O' H- R# w  u  u

使用select函数的过程一般是：

    先调用宏FD_ZERO将指定的fd_set清零，然后调用宏FD_SET将需要测试的fd加入fd_set，

    接着调用函数select测试fd_set中的所有fd，最后用宏FD_ISSET检查某个fd在函数select调用后，相应位是否仍然为1

     复制粘贴的摘文排版起来真的是痛苦，我已经尽力排版了。。。

客户端：

1. #include <time.h>
   5 M6 G7 }3 ?" h' a
2. #include <stdio.h>
   + V2 ^  N) L4 A7 K
3. #include <stdlib.h>
   2 P. e+ h; n6 m5 P( R* r. k, V
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   $ H9 b% G# [" j+ R2 i, m
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    ) X! A: D, j) ^8 Z8 Z" B* V# |: F
11. #include <sys/socket.h>
    7 [# H; e. k) e
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    0 E' r4 r! J6 l
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    / n* J. b! f4 [, \
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    1 ^# Q, Y/ m+ p$ [" M' ]
21.   //创建套接字
    
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    " P+ Z$ w) ?+ Q+ I
23.   if(sockfd>=0)
    7 B3 b: p# W& _9 ]7 G
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    ( w7 u- K- J# r0 X# m
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    8 ~; Z2 [1 p4 `/ Z& j
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    1 a" O$ ?/ V' E# X6 t$ p
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    2 N( D5 d( ^. |9 j8 V
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    " D( _- G8 p# z: ?
34.     printf("connect successfully\n");
    + J- ?4 Y6 p! k* Y) E/ T
35.    
    
36.   //接收服务器返回的消息（注意这里程序会被阻塞，也就是说只有服务器回复信息，才会继续往下执行）
    
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    7 H* a3 p. W: I
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    & \6 F2 u- h! h7 w( q7 g/ @/ g7 x
40.   while(1){
    
41.     //将键盘输入的消息发送给服务器，并且从服务器中取得回复消息
    
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ; v. m6 r/ \4 U% b# G
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    " G  y7 F3 |5 A) ^; u
45.       perror("ERROR");
    4 z5 A, o# F+ v: D! J
46.    
    * Y% X  a6 r8 K! G8 Z6 ~  V. C
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    , @& ^% k% H8 ~. X
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    3 z; @, ~3 Z1 _) Y  k, b( c
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    , x- ]' A. `) ^4 t4 A6 }3 ?3 y
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    . Q. f3 M! p1 K
53. }

复制代码

; l0 V, q& g+ |; G' M1 j
* _: B' g# N1 q: T' H! ?' V

服务端：

1. #include <time.h>
   ! ]" {* a  J9 s% Z7 \; @! V
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   ! C- F* }+ p" I; O
5. #include <unistd.h>
   2 v+ f2 M; }: R' O
6. #include <arpa/inet.h>
   7 s  ?5 @1 l. p- U
7. #include <netinet/in.h>
   & [% f7 m1 l( e5 m/ J
8. #include <sys/types.h>
   7 v" r$ I! u+ F) W3 z' }3 Y7 s
9. #include <sys/socket.h>
   & P3 K2 q, V/ n8 w- S% d
10. 
    & `9 t' ]7 d* x2 @) s& T; E+ A
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    * f' f5 B1 G) z( J
13. 
    
14. int main(){
    6 P& g4 _5 T4 J: ^2 K0 k1 z$ ~& p' m
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    ( \: Z, d, ]& M) h7 B
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    & H# v5 W5 b3 z! `+ T" y
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    9 X  P  J- D- z+ m
20.   fd_set fds;
    
21.    
    
22.   //创建套接字
    0 L/ u9 o0 T$ ]! l( ~* n
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    & g0 G! ~( W. V; `
24.   if(sockfd>=0)
    5 K5 C; ~- N0 ]* G* w2 g
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    ' ]7 Y; I: F3 O
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    3 z2 a. z1 [/ ]7 P5 ~
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    # @0 d( p# `/ U  W: M0 v
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    
31.   addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   //INADDR_ANY表示任意地址0.0.0.0 0.0.0.0
    
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    % T8 r/ o2 e, z( D
37.   //开启端口监听
    & u7 }. \. i9 d6 e/ F
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    5 A5 J! {" Q. Z
44. 
    $ H. ^/ [3 \5 m! x9 |$ x! h/ c
45.   while(1){
    ; k* ~7 O0 s) S5 S& j7 A7 |
46.     //将服务端套接字加入集合中
    + f$ H3 I: r/ q) b8 ^- y8 v! t9 v
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    ' W3 X& X* M5 W6 p3 X7 @
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    3 a; v& n9 g/ X, R1 k4 `% D  |
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    / W8 k% c7 @' Q4 G. E
53.         FD_SET(fd,&fds);
    / _2 T7 ?( x" X7 L9 T
54. 
    
55.     //监视集合中的可读信号，如果某个套接字有信号则继续执行，此时集合中只有存在信号的套接字会被置为1，其他置为0
    
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
57.       continue;
    & z0 r1 n7 P7 v) P- G# ]
58. 
    
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
      o. s$ p6 E' Q  Z; F3 p& ?0 \) ?
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    % r9 W/ @7 A& p  Z$ s: Q
65.           is_connected[connfd]=1;                   //对客户端的fd对应下标将其设为活跃状态，方便下次调用
    " d$ d. f# t, Y# F6 a# ]
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    
67.         }else{                                      //如果套接字是客户端，读取其信息并返回，如果读取不到信息，冻结其套接字
    
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    7 |7 y+ M$ X2 t! F# f5 q6 [
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    9 Z( w/ O4 o/ {3 ?$ N
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    
76.         }
    ' t- F: |: |# K' _0 Q: a* f* Q
77.       }
    - S! O; V& n/ R+ K1 W4 T
78.     }
    
79.   }
    5 n0 \6 D6 v7 ]; S/ L
80. }

复制代码

8 V; N) D+ S' H) I. j! J' A

8 n. R6 c9 y+ G$ Z* z5 n